Светодиодный свет, прошлое и будущее

28.05.12

Светодиодная лампа освещения

Светодиодная лампа освещения

Нравиться нам или нет, но светодиодное освещение завоевывает все большую популярность. Светодиодные лампы становятся все более яркими, а цены более низкими. Еще в прошлом году не было бытовых светодиодных ламп формата A19 по цене менее 20 долларов. И эта цена сильно влияла на качество. А в текущем году некоторые светодиодные лампы с приличным качеством можно приобрести по цене вдвое дешевле.

По части эффективности светодиодные лампы почти догнали уровень люминесцентных, – 50 – 60 лм/Вт. И в отличии от люминесцентных, светодиодные технологии продолжают совершенствоваться, а первые не показывают никакого движения вперед.

Показатели светодиодной лампы производства LG мощностью 7,5 Вт – излучение светового потока в 485 лм, что соответствует отдаче 65 лм/Вт. Такой же поток излучает лампа накаливания мощностью 40 Вт, эффективность которой всего 12 лм/Вт, или в пять раз меньше.

Установленные вертикально в обычную настольную лампу, светодиодные лампочки, в том числе и упомянутая LG, максимум излучения направляет вверх, что связано с расположением светодиодных излучателей внутри лампочки. Для смягчения этой проблемы колбы Philips используют три светодиодные панели расположенные вертикально. Тем не менее, выше уровня плеч лампа освещает равномерно и не излучает тепла в освещаемую область.

Привычная нам конструкция настольной лампы и светодиодная лампа для замены

Привычная нам конструкция настольной лампы и светодиодная лампа для замены

На рисунке выше показана привычная всем нам конструкция настольной лампы, которая была разработана для использования классической лампочки накаливания, излучающей свет равномерно во все стороны. В шпинделе этого светильника скрывается электрический шнур для подачи питания на лампочку, абажур играет роль диффузора. Для отвода обильно выделяющегося тепла, верхнее и нижнее пространство абажура должно быть открытым. Такая конструкция светильника, кроме всего прочего, удобна еще и для быстрой замены лампочек с ограниченным сроком службы.

В свое время керосиновые лампы были заменены на лампы вышеописанной конструкции, а последние, похоже, ждет очередная модернизация для использования, учитывая особенности светодиодных лампочек.

Светодиодная лампа, заменяющая лампу накаливания имеет сложную конструкцию

Светодиодная лампа, заменяющая лампу накаливания имеет сложную конструкцию

Поскольку срок службы светодиодных (или LED) лампочек измеряется десятилетиями, можно сказать, что отпадает необходимость вносить в конструкцию узлы и приспособления для замены ламп, усложняющие конструкцию светильника. Кроме того, светодиодные излучатели света сами по себе компактны и нет необходимости встраивать их в классические габариты лампы накаливания. Поэтому все чаще для современного освещения используют так называемые светодиодные ленты – экологичные, экономичные современные решения.

Однако у людей в домах существует огромное количество традиционных светильников, и поэтому светодиодные лампочки в классическом корпусе так же будут востребованы еще продолжительное время. По прогнозам аналитиков, объем рынка светодиодных лампочек для замены традиционных будет увеличиваться с $2,2 млрд. в 2011 году до $3,7 млрд. в 2016 году. Скорее всего LED лампы будут приняты потребителями с нетерпением, поскольку они обеспечивают куда более приятное освещение, чем люминесцентные. Кроме того, светодиодные лампы не содержат ртути и служат значительно дольше. Еще одна особенность – они зажигаются мгновенно, им не нужно время на разогрев газа, как у люминесцентных.

Цоколь и схема питания светодиодной лампы

Цоколь и схема питания светодиодной лампы

Современные технологии используют сложные конструкции. Светодиодные лампы не исключение, они тоже имеют сложную электронную начинку. Хотя сам по себе светодиод – это обычный полупроводниковый элемент с низким уровнем питающего напряжения (около 3 вольт). А включаются LED лампы в сеть переменного тока с напряжением 110 или 220 вольт (в зависимости от стандартов страны и особенностей местного энергоснабжения).

Для преобразования высокого напряжения 220 вольт в необходимые 3 – 5 вольт, внутри цоколя светодиодной лампы (как и внутри люминесцентной), находится небольшая плата с элементами электрической схемы, которая поддерживает необходимые питающие напряжения. В дешевых светодиодных лампах напряжение питания не регулируется. В более дорогих моделях есть возможность изменения питающего напряжения для регулировки яркости светового потока.

Электрическая схема, поддерживающая необходимое питающее напряжение

Электрическая схема, поддерживающая необходимое питающее напряжение

Современные светодиоды имеют небольшие размеры и высокие светоизлучающие характеристики. Например, светодиодная лампа фирмы LG использует 32 светодиодных чипа, каждый из которых имеет размеры 0,5х0,5 мм. Эти мелкие светодиоды сгруппированы в двух квадратных излучателях, на каждом из которых находится по 16 полупроводниковых приборов. Эти излучатели накрыты куполом, который затонирован желтым флуоресцентным веществом, необходимым для преобразования синего света диодов на основе нитрида галлия в белый свет.

Флуоресцентное покрытие светоизлучающей поверхности светодиодного излучателя состоит из иттрий-алюминиевого состава с добавками бария, стронция и силиката кальция. Для того, чтобы получить разные оттенки света лампочки, могут применяться и другие материалы.

Квадратные излучатели с тонированным желтым флуоресцентным веществом

Квадратные излучатели с тонированным желтым флуоресцентным веществом

Каждая светодиодная матрица очень мала, и ей требуется устойчивая подложка. На сапфировой подложке толщиной 0,1 мм максимальная толщина слоя нитрида галлия составляет всего лишь 7 мкм, из которых 6 мкм практически не используются. При этом размеры области непосредственно излучающей свет на порядок ниже и измеряется нанометрами. Она расположена примерно в 100 нм от верхнего края поверхности. В процессе работы сапфировая подложка обеспечивает механическую прочность светодиода и отводит лишнее тепло.

Вид светодиодной матрицы через электронный микроскоп

Вид светодиодной матрицы через электронный микроскоп

Светодиодные лампы нижнего ценового диапазона преобразуют синий цвет диодов из нитрида галлия в приятный свет цветовой температурой 3000К, что очень близко к видимому диапазону солнечного света. Однако в этом свечении отсутствует инфракрасное излучение.

Некоторые производители дополнительно к синим светодиодам устанавливают красные. Это обогащает спектр излучения, но усложняет схему управления, так как она должна управлять в таком случае не одной, а двумя группами разных светодиодов с разными значениями рабочего напряжения.

Всякое усложнение любой конструкции не желательно, так как увеличивается вероятность выхода из строя какого либо элемента и потеря работоспособности. Но с другой стороны, одновременно с введением дополнительных диодов увеличивается энергетическая эффективность лампочки, чем обеспечивается большее количество люменов на ватт.

eetimes.com
---

Комментарии:

  1. Будущее – за светодиодами

    — Георгий · июн 15, 20:58 · #

 

---